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Thrombogenic complications are a main issue in mechanical circulatory support (MCS). There is no validated in vitro method available to quantitatively assess the thrombogenic performance of pulsatile MCS devices under realistic hemodynamic conditions. The aim of this study is to propose a method to evaluate the thrombogenic potential of new designs without the use of complex in-vivo trials. This study presents a novel in vitro method for reproducible thrombogenicity testing of pulsatile MCS systems using low molecular weight heparinized porcine blood. Blood parameters are continuously measured with full blood thromboelastometry (ROTEM; EXTEM, FIBTEM and a custom-made analysis HEPNATEM). Thrombus formation is optically observed after four hours of testing. The results of three experiments are presented each with two parallel loops. The area of thrombus formation inside the MCS device was reproducible. The implantation of a filter inside the loop catches embolizing thrombi without a measurable increase of platelet activation, allowing conclusions of the place of origin of thrombi inside the device. EXTEM and FIBTEM parameters such as clotting velocity (α) and maximum clot firmness (MCF) show a total decrease by around 6% with a characteristic kink after 180 minutes. HEPNATEM α and MCF rise within the first 180 minutes indicate a continuously increasing activation level of coagulation. After 180 minutes, the consumption of clotting factors prevails, resulting in a decrease of α and MCF. With the designed mock loop and the presented protocol we are able to identify thrombogenic hot spots inside a pulsatile pump and characterize their thrombogenic potential.
Koaxiale Stahlenergiepfähle
(2021)
Ein entscheidender Teil der Energiewende ist die Wärmewende im Gebäudesektor. Ein Schlüsselelement sind hier Wärmepumpen. Diese benötigen eine Wärmequelle, der sie Energie entziehen können, um sie auf ein höheres Temperaturniveau zu transformieren. Diese Wärmequelle kann bspw. das Erdreich sein, dessen Wärme durch Erdsonden erschlossen werden kann. In diesem Beitrag werden in Stahlpfähle integrierte Koaxialsonden mit dem Stand der Technik von Erdsonden gleichen Durchmessers bezüglich ihrer thermischen Leistungsmerkmale verglichen. Die Stahlenergiepfähle bieten neben der Wärmegewinnung weitere Vorteile, da sie auch eine statische Funktion übernehmen und rückstandsfrei zurückgebaut werden können. Es werden analytische und numerische Berechnungen vorgestellt, um die thermischen Potenziale beider Systeme zu vergleichen. Außerdem wird ein Testaufbau gezeigt, bei dem Stahlenergiepfähle in zwei verschiedenen Längen mit vorhandenen gängigen Erdsonden verglichen werden können. Die Berechnungen zeigen einen deutlichen thermischen Mehrertrag zwischen 26 % und 148 % der Stahlenergiepfähle gegenüber dem Stand der Technik abhängig vom Erdreich. Die Messergebnisse zeigen einen thermischen Mehrertrag von über 100 %. Es lässt sich also signifikante Erdsondenlänge einsparen. Dabei ist zu beachten, dass sich damit der thermisch genutzte Bereich des Erdreichs reduziert, wodurch die thermische Regeneration und/oder das Langzeitverhalten des Erdreichs an Bedeutung gewinnt.
Microbial diversity studies regarding the aquatic communities that experienced or are experiencing environmental problems are essential for the comprehension of the remediation dynamics. In this pilot study, we present data on the phylogenetic and ecological structure of microorganisms from epipelagic water samples collected in the Small Aral Sea (SAS). The raw data were generated by massive parallel sequencing using the shotgun approach. As expected, most of the identified DNA sequences belonged to Terrabacteria and Actinobacteria (40% and 37% of the total reads, respectively). The occurrence of Deinococcus-Thermus, Armatimonadetes, Chloroflexi in the epipelagic SAS waters was less anticipated. Surprising was also the detection of sequences, which are characteristic for strict anaerobes—Ignavibacteria, hydrogen-oxidizing bacteria, and archaeal methanogenic species. We suppose that the observed very broad range of phylogenetic and ecological features displayed by the SAS reads demonstrates a more intensive mixing of water masses originating from diverse ecological niches of the Aral-Syr Darya River basin than presumed before.
Erdbebennachweis von Mauerwerksbauten mit realistischen Modellen und erhöhten Verhaltensbeiwerten
(2021)
Die Anwendung des linearen Nachweiskonzepts auf Mauerwerksbauten führt dazu, dass bereits heute Standsicherheitsnachweise für Gebäude mit üblichen Grundrissen in Gebieten mit moderaten Erdbebeneinwirkungen nicht mehr geführt werden können. Diese Problematik wird sich in Deutschland mit der Einführung kontinuierlicher probabilistischer Erdbebenkarten weiter verschärfen. Aufgrund der Erhöhung der seismischen Einwirkungen, die sich vielerorts ergibt, ist es erforderlich, die vorhandenen, bislang nicht berücksichtigten Tragfähigkeitsreserven in nachvollziehbaren Nachweiskonzepten in der Baupraxis verfügbar zu machen. Der vorliegende Beitrag stellt ein Konzept für die gebäudespezifische Ermittlung von erhöhten Verhaltensbeiwerten vor. Die Verhaltensbeiwerte setzen sich aus drei Anteilen zusammen, mit denen die Lastumverteilung im Grundriss, die Verformungsfähigkeit und Energiedissipation sowie die Überfestigkeiten berücksichtigt werden. Für die rechnerische Ermittlung dieser drei Anteile wird ein nichtlineares Nachweiskonzept auf Grundlage von Pushover-Analysen vorgeschlagen, in denen die Interaktionen von Wänden und Geschossdecken durch einen Einspanngrad beschrieben werden. Für die Bestimmung der Einspanngrade wird ein nichtlinearer Modellierungsansatz eingeführt, mit dem die Interaktion von Wänden und Decken abgebildet werden kann. Die Anwendung des Konzepts mit erhöhten gebäudespezifischen Verhaltensbeiwerten wird am Beispiel eines Mehrfamilienhauses aus Kalksandsteinen demonstriert. Die Ergebnisse der linearen Nachweise mit erhöhten Verhaltensbeiwerten für dieses Gebäude liegen deutlich näher an den Ergebnissen nichtlinearer Nachweise und somit bleiben übliche Grundrisse in Erdbebengebieten mit den traditionellen linearen Rechenansätzen nachweisbar.
The aim of the current study was to investigate the performance of integrated RF
transmit arrays with high channel count consisting of meander microstrip antennas
for body imaging at 7 T and to optimize the position and number of transmit ele-
ments. RF simulations using multiring antenna arrays placed behind the bore liner
were performed for realistic exposure conditions for body imaging. Simulations were
performed for arrays with as few as eight elements and for arrays with high channel
counts of up to 48 elements. The B1+ field was evaluated regarding the degrees of
freedom for RF shimming in the abdomen. Worst-case specific absorption rate
(SARwc ), SAR overestimation in the matrix compression, the number of virtual obser-
vation points (VOPs) and SAR efficiency were evaluated. Constrained RF shimming
was performed in differently oriented regions of interest in the body, and the devia-
tion from a target B1+ field was evaluated. Results show that integrated multiring
arrays are able to generate homogeneous B1+ field distributions for large FOVs, espe-
cially for coronal/sagittal slices, and thus enable body imaging at 7 T with a clinical
workflow; however, a low duty cycle or a high SAR is required to achieve homoge-
neous B1+ distributions and to exploit the full potential. In conclusion, integrated
arrays allow for high element counts that have high degrees of freedom for the pulse
optimization but also produce high SARwc , which reduces the SAR accuracy in the
VOP compression for low-SAR protocols, leading to a potential reduction in array
performance. Smaller SAR overestimations can increase SAR accuracy, but lead to a
high number of VOPs, which increases the computational cost for VOP evaluation
and makes online SAR monitoring or pulse optimization challenging. Arrays with
interleaved rings showed the best results in the study.
Mit finanzieller Unterstützung der Deutschen Gesellschaft für Mauerwerks- und Wohnungsbau e.V. (DGfM) und des Deutschen Instituts für Bautechnik in Berlin (DIBt) wurden zwei aufeinander aufbauende Forschungsvorhaben zur Verbesserung der seismischen Nachweise von Mauerwerksbauten in deutschen Erdbebengebieten durchgeführt. Zunächst wurde das seismische Verhalten von drei modernen unbewehrten Mauerwerksgebäuden in der Region Emilia Romagna in Italien während der Erdbebenserie im Jahr 2012 in Kooperation mit der Universität Pavia eingehend untersucht. Aufbauend auf den Erkenntnissen dieser Untersuchungen wurde ein verbessertes seismisches Bemessungskonzept für unbewehrte Mauerwerksbauten erarbeitet. Der Beitrag stellt die wesentlichen Ergebnisse dieser Forschungsarbeiten und deren Eingang in die Normung vor.
Stahlbetonrahmentragwerke mit Ausfachungen aus Mauerwerk weisen nach Erdbeben häufig schwere Schäden auf. Gründe hierfür sind die Beanspruchungen der Ausfachungswände durch die aufgezwungenen Rahmenverformungen in Wandebene und die gleichzeitig auftretenden Trägheitskräfte senkrecht zur Wandebene in Kombination mit der konstruktiven Ausführung des Ausfachungsmauerwerks. Die Ausfachung wird in der Regel knirsch gegen die Rahmenstützen gemauert, wobei der Verschluss der oberen Fuge mit Mörtel oder Montageschaum erfolgt. Dadurch kommt es im Erdbebenfall zu lokalen Interaktionen zwischen Ausfachung und Rahmen, die in der Folge zu einem Versagen einzelner Ausfachungswände oder zu einem sukzessiven Versagen des Gesamtgebäudes führen können. Die beobachteten Schäden waren die Motivation dafür, in dem europäischen Forschungsprojekt INSYSME für Stahlbetonrahmentragwerke mit Ausfachungen aus hochwärmedämmenden Ziegelmauerwerk innovative Lösungen zur Verbesserung des seismischen Verhaltens zu entwickeln. Der vorliegende Beitrag stellt die im Rahmen des Projekts von den deutschen Projektpartnern (Universität Kassel, SDA-engineering GmbH) entwickelten Lösungen vor und vergleicht deren seismisches Verhalten mit der traditionellen Ausführung der Ausfachungswände. Grundlage für den Vergleich sind statisch-zyklische Wandversuche und Simulationen auf Wandebene. Aus den Ergebnissen werden Empfehlungen für die erdbebensichere Auslegung von Stahlbetonrahmentragwerken mit Ausfachungen aus Ziegelmauerwerk abgeleitet.
Retinal endothelial function in cardiovascular risk patients: A randomized controlled exercise trial
(2020)
The aim of this study was to investigate, for the first time, the effects of high-intensity interval training (HIIT) on retinal microvascular endothelial function in cardiovascular (CV) risk patients. In the randomized controlled trial, middle-aged and previously sedentary patients with increased CV risk (aged 58 ± 6 years) with ≥ two CV risk factors were randomized into a 12-week HIIT (n = 33) or control group (CG, n = 36) with standard physical activity recommendations. A blinded examiner measured retinal endothelial function by flicker light-induced maximal arteriolar (ADmax) and venular (VDmax) dilatation as well as the area under the arteriolar (AFarea) and venular (VFarea) flicker curve using a retinal vessel analyzer. Standardized assessments of CV risk factors, cardiorespiratory fitness, and retinal endothelial function were performed before and after HIIT. HIIT reduced body mass index, fat mass, and low-density lipoprotein and increased muscle mass and peak oxygen uptake (VO2peak). Both ADmax (pre: 2.7 ± 2.1%, post: 3.0 ± 2.2%, P = .018) and AFarea (pre: 32.6 ± 28.4%*s, post: 37.7 ± 30.6%*s, P = .016) increased after HIIT compared with CG (ADmax, pre: 3.2 ± 1.8%, post: 2.9 ± 1.8%, P = .254; AFarea, pre: 41.6 ± 28.5%*s, post: 37.8 ± 27.0%*s, P = .186). Venular function remained unchanged after HIIT. There was a significant association between ∆-change VO2peak and ∆-changes ADmax and AFarea (P = .026, R² = 0.073; P = .019, R² = 0.081, respectively). 12-weeks of HIIT improved retinal endothelial function in middle-aged patients with increased CV risk independent of the reduction in classical CV risk factors. Exercise has the potential to reverse or at least postpone progression of small vessel disease in older adults with increased CV risk under standard medication. Dynamic retinal vessel analysis seems to be a sensitive tool to detect treatment effects of exercise interventions on retinal microvascular endothelial function in middle-aged individuals with increased CV risk.
Experience has shown that a priori created static resource allocation plans are vulnerable to runtime deviations and hence often become uneconomic or highly exceed a predefined soft deadline. The assumption of constant task execution times during allocation planning is even more unlikely in a cloud environment where virtualized resources vary in performance. Revising the initially created resource allocation plan at runtime allows the scheduler to react on deviations between planning and execution. Such an adaptive rescheduling of a many-task application workflow is only feasible, when the planning time can be handled efficiently at runtime. In this paper, we present the static low-complexity resource allocation planning algorithm (LCP) applicable to efficiently schedule many-task scientific application workflows on cloud resources of different capabilities. The benefits of the presented algorithm are benchmarked against alternative approaches. The benchmark results show that LCP is not only able to compete against higher complexity algorithms in terms of planned costs and planned makespan but also outperforms them significantly by magnitudes of 2 to 160 in terms of required planning time. Hence, LCP is superior in terms of practical usability where low planning time is essential such as in our targeted online rescheduling scenario.
Domain experts regularly teach novice students how to perform a task. This often requires them to adjust their behavior to the less knowledgeable audience and, hence, to behave in a more didactic manner. Eye movement modeling examples (EMMEs) are a contemporary educational tool for displaying experts’ (natural or didactic) problem-solving behavior as well as their eye movements to learners. While research on expert-novice communication mainly focused on experts’ changes in explicit, verbal communication behavior, it is as yet unclear whether and how exactly experts adjust their nonverbal behavior. This study first investigated whether and how experts change their eye movements and mouse clicks (that are displayed in EMMEs) when they perform a task naturally versus teach a task didactically. Programming experts and novices initially debugged short computer codes in a natural manner. We first characterized experts’ natural problem-solving behavior by contrasting it with that of novices. Then, we explored the changes in experts’ behavior when being subsequently instructed to model their task solution didactically. Experts became more similar to novices on measures associated with experts’ automatized processes (i.e., shorter fixation durations, fewer transitions between code and output per click on the run button when behaving didactically). This adaptation might make it easier for novices to follow or imitate the expert behavior. In contrast, experts became less similar to novices for measures associated with more strategic behavior (i.e., code reading linearity, clicks on run button) when behaving didactically.
Bacterial cell appendix formation supports cell-cell interaction, cell adhesion and cell movement. Additionally, in bioelectrochemical systems (BES), cell appendages have been shown to participate in extracellular electron transfer. In this work, the cell appendix formation of Clostridium acetobutylicum in biofilms of a BES are imaged and compared with conventional biofilms. Under all observed conditions, the cells possess filamentous appendages with a higher number and density in the BES. Differences in the amount of extracellular polymeric substance in the biofilms of the electrodes lead to the conclusion that the cathode can be used as electron donor and the anode as electron acceptor by C. acetobutylicum. When using conductive atomic force microscopy, a current response of about 15 nA is found for the cell appendages from the BES. This is the first report of conductivity for clostridial cell appendices and represents the basis for further studies on their role for biofilm formation and electron transfer.
A light-addressable potentiometric sensor (LAPS) is a field-effect-based (bio-) chemical sensor, in which a desired sensing area on the sensor surface can be defined by illumination. Light addressability can be used to visualize the concentration and spatial distribution of the target molecules, e.g., H+ ions. This unique feature has great potential for the label-free imaging of the metabolic activity of living organisms. The cultivation of those organisms needs specially tailored surface properties of the sensor. O2 plasma treatment is an attractive and promising tool for rapid surface engineering. However, the potential impacts of the technique are carefully investigated for the sensors that suffer from plasma-induced damage. Herein, a LAPS with a Ta2O5 pH-sensitive surface is successfully patterned by plasma treatment, and its effects are investigated by contact angle and scanning LAPS measurements. The plasma duration of 30 s (30 W) is found to be the threshold value, where excessive wettability begins. Furthermore, this treatment approach causes moderate plasma-induced damage, which can be reduced by thermal annealing (10 min at 300 °C). These findings provide a useful guideline to support future studies, where the LAPS surface is desired to be more hydrophilic by O2 plasma treatment.